JP2017181332A - 光観測システム及び光観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より安全かつ簡易な構成でスパーク光等の光の有無を良好な精度で確認できる光観測システム及び光観測方法を提供する。【解決手段】光観測システム１は、光ファイバ２と、検出系４とを備える。光ファイバ２は、被検領域において発生した光を入射させるセンサとしての湾曲部２Ａを有し、被検領域において発生した光を湾曲部２Ａから入射させて伝送する。検出系４は、光ファイバ２により伝送される光を検出する。また、光観測方法は、被検領域において発生した光を光ファイバ２の湾曲部２Ａから入射させて伝送させるステップと、光ファイバ２により伝送される光を検出するステップとを有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光観測システム及び光観測方法に関する。

雷撃や静電気等によって航空機の構造体に電気エネルギが蓄積すると、スパークが発生する。スパークが発生すると、燃料に引火して飛行の安全が阻害される恐れがある。そこで、航空機の開発では、従来、スパークの発生の有無を確認するために、膨大な試験が行われている（例えば特許文献１参照）。スパークの発生の有無を確認する方法としては、写真撮影法とガス引火確認法が知られている。

写真撮影法は、試験用の供試体に電流を流して撮影し、スパークの有無を確認する方法である。一方、ガス引火確認法は、引火性ガスを入れた試験用の供試体に電流を流して引火の有無を確認する方法である。

また、関連する技術として、スパークのエネルギを評価する技術も提案されている（例えば特許文献２参照）。

写真撮影法によるスパークの確認試験では、引火しないようなエネルギが小さいスパークであっても、スパークが撮影されれば不合格と判定されることになる。このため、スパークの発生を防止するための過剰な対策が要求される恐れがある。また、写真撮影法では、カメラが異なると、スパークの写りが変わる場合があるという問題がある。更に、写真撮影法では、カメラの撮影方向は固定される。このため、複雑な構造を有する供試体を撮影する場合には、カメラの位置に対して供試体の陰となる位置で発生したスパークの有無を確認できない場合があるといった問題がある。

一方、ガス引火確認法の場合には、試験用の供試体からスパーク以外の原因で引火する場合がある、スパークが発生しても引火しない場合がある、試験に時間を要し、かつ安全対策が必要になるといった問題がある。また、複雑な構造を有する供試体の試験を行う場合、カメラの位置に対して供試体の陰となる位置でスパークが発生することが多い。そのため、供試体が引火してもスパークが見えない場合がある。スパークが見えずに供試体が引火した場合、スパークが原因で供試体が引火したのか否かを確認できないという問題がある。

このような従来のスパーク確認試験は、航空機の開発期間の増加を招き、航空機の開発コストを押し上げる要因となっている。これは、航空機の開発に限らず、スパークの発生を防止することが必要となる製品の開発に共通する課題である。

そこで、航空機等のスパーク確認試験において複雑な構造を有する供試体であっても、スパークを検出できるようにするための様々な技術が提案されている。例えば、試験用の供試体に多数の光ファイバを配置し、各光ファイバの端部に入射した光を光電変換することにより、スパークが発生した位置を特定するシステムが提案されている（例えば特許文献３参照）。すなわち、多数の光ファイバを供試体に配置すれば、複雑な構造を有する供試体の陰となる位置で発生するスパークの検出漏れを防止することができる。

特開２０１４−１５３２９８号公報 特開２０１４−１３７２２７号公報 特開２０１３−２００２１３号公報

しかしながら、複数の光ファイバを用いてスパーク確認試験を行う場合、多数の光ファイバや光電変換装置等が必要となるため、システムの設置に時間を要する。また、システムが大規模になるため、製造コストが増加する、システムの設置に広いスペースが必要であるといった課題がある。これは、スパークの確認試験に限らず、光の検出を行う場合において共通の課題である。

そこで、本発明は、より安全かつ簡易な構成でスパーク光等の光の有無を良好な精度で確認できるようにすることを目的とする。

本発明の実施形態に係る光観測システムは、光ファイバと、検出系とを備える。光ファイバは、被検領域において発生した光を入射させるセンサとしての湾曲部を有し、前記被検領域において発生した前記光を前記湾曲部から入射させて伝送する。検出系は、前記光ファイバにより伝送される光を検出する。

また、本発明の実施形態に係る光観測方法は、被検領域において発生した光を光ファイバの湾曲部から入射させて伝送させるステップと、前記光ファイバにより伝送される光を検出するステップとを有する。

本発明の第１の実施形態に係る光観測システムの構成図。 図１に示す光ファイバ固定具の側面図。 図１に示す検出系において検出されたスパーク光が爆発性を有するか否かを判定するために参照されるスパーク光の波長スペクトルの一例を示すグラフ。 本発明の第２の実施形態に係る光観測システムの構成図。 本発明の第３の実施形態に係る光観測システムの構成図。 本発明の第４の実施形態に係る光観測システムの構成図。 図６に示す光ファイバ及び波長フィルタの位置Ａ−Ａにおける横断面図。 本発明の第５の実施形態に係る光観測システムの構成図。

本発明の実施形態に係る光観測システム及び光観測方法について添付図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る光観測システムの構成図であり、図２は図１に示す光ファイバ固定具の側面図である。

光観測システム１は、被検領域において光が発生したか否かを検出するためのシステムである。図示された例では、検査対象物ＯにおいてスパークＳが生じた場合におけるスパーク光が光観測システム１の検出対象となっている。

光観測システム１は、光ファイバ２、光ファイバ固定具３及び検出系４を有する。検出系４は、分光器５、光電変換装置６及び信号処理回路７を有する。信号処理回路７は、スペクトル取得部８及び判定部９を有する。信号処理回路７には、表示装置７Ａを接続することができる。

光ファイバ２は光ファイバ固定具３により固定される。これにより、光ファイバ２には湾曲部２Ａが形成される。換言すれば、光ファイバ固定具３は、光ファイバ２に湾曲部２Ａを形成させた状態で光ファイバ２を配置するための器具である。光ファイバ固定具３は、例えば、光ファイバ２を巻き付けるための溝を側面に設けた円柱体で構成することができる。

光ファイバ２の湾曲部２Ａは、被検領域において発生した光を入射させるセンサとして機能する。つまり、被検領域において発生した光は、光ファイバ２の端部におけるコアからではなく、湾曲部２Ａのクラッド側から光ファイバ２内のコアに入射させて伝送される。

従って、異なる方向から進行する光であっても、湾曲部２Ａから光ファイバ２内のコアに入射させて伝送することができる。具体的には、光ファイバ２のコア内で全反射させることが可能となる条件を満たす光を、湾曲部２Ａから入射させて伝送することができる。つまり、条件を満たす波長を有し、条件を満たす方向から湾曲部２Ａに入射する光を、光ファイバ２で伝送することができる。

光ファイバ２の素材としては、石英ガラス（二酸化ケイ素ガラス）及びプラスチックが代表的である。このうち、プラスチック製の光ファイバ２であれば、光ファイバ２のクラッドからコアに検出可能な強度で光を取り込むことができる。また、プラスチック製の光ファイバ２であれば、湾曲部２Ａの曲率半径を１５０ｍｍ以下にすることができる。すなわち、プラスチック製の光ファイバ２であれば、大きな曲率で湾曲部２Ａが形成されるように、光ファイバ２を曲げることができる。このため、湾曲部２Ａから光を入射させることが可能な方向の範囲を確保することができる。

尚、曲率半径は、曲線を局所的に円弧とみなしたときの円の半径であり、曲率は曲率半径の逆数である。

光ファイバ２には、入射可能な光の発生源に向かって凸んだ（つばくんだ）複数の湾曲部２Ａをセンサとして設けることができる。これにより、光ファイバ２に光を入射させることが可能な方向の範囲を一層広くすることができる。

図示された例では、被検領域において発生したスパーク光を、センサとして平面上に配置された複数の湾曲部２Ａから入射させることができるように光ファイバ２が配置されている。すなわち、同一直線上にない複数の円柱状の光ファイバ固定具３で光ファイバ２に異なる位置で両側から張力がかけられている。このため、光ファイバ２は蛇行し、２方向に向かって凸んだ単一又は複数の湾曲部２Ａが光ファイバ２に形成される。従って、光の検出エリアを広くすることができる。特に、互いに逆方向から進行してくる光であっても、１本の光ファイバ２に入射させて伝送することができる。

尚、湾曲部２Ａを３次元（３Ｄ：ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）的に異なる位置に配置して光の３Ｄ検出、すなわち異なる空間位置から進行してくる光の検出を行えるようにしてもよい。或いは、それぞれ単一又は複数の湾曲部２Ａを設けた複数本の光ファイバ２を、互いに直交する３平面等の平行でない平面上に配置して光の３Ｄ検出を行えるようにしてもよい。

但し、スパーク光の有無を確認するための従来のスパーク確認試験は、２次元（２Ｄ：ｔｗｏ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）領域を検査エリアとして行われる。従って、図示されるように光の２Ｄ検出を行うことができるように光ファイバ２を配置すれば、スパーク確認試験を行うためには十分である。

また、光ファイバ固定具３を透明な樹脂等の材料で構成することもできる。この場合、被検領域において発生した光が光ファイバ固定具３によって遮られることを回避することができる。

一方、検出系４は、光ファイバ２により伝送される光を検出する機能を有する。検出系４の分光器５は、光ファイバ２により伝送される光を分光するための光学装置である。光電変換装置６は、分光器５で分光された波長ごとの光を光電変換し、波長ごとの光の強度を振幅とする電気信号に変換する装置である。光電変換装置６は、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子（光検出器）を用いて構成することができる。

信号処理回路７は、光電変換装置６において電気信号として生成された光の検出信号に対して信号処理を行う回路である。尚、信号処理回路７にＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換器を設けて光の検出信号をデジタル化し、デジタル化された光の検出信号をコンピュータ等の電子回路で処理するようにしてもよい。

信号処理回路７のスペクトル取得部８は、光電変換装置６において電気信号として生成された波長ごとの光の検出信号、すなわち波長ごとの光の強度を振幅とする信号に基づいて、光ファイバ２により伝送された光の波長スペクトルを取得する機能を有する。

判定部９は、スペクトル取得部８において取得された光の波長スペクトルに基づいて、被検領域において発光があったか否かを判定するための情報を表示装置７Ａに提示する機能を有する。

例えば、光ファイバ２により伝送された光の波長スペクトルから最大値又は所定の波長帯域における極大値を検出し、最大値又は極大値が経験的に決定された閾値以上又は閾値を超えた場合に被検領域において発光があったと判定することができる。また、最大値又は極大値に代えて、波形で囲まれた領域の面積等の指標を用いてもよい。従って、判定部９に閾値処理を行うことによって被検領域において発光があったか否かを自動判定する機能を設け、閾値処理の結果として被検領域において発光があったか否かの判定結果を判定部９が表示装置７Ａに表示させるようにすることができる。

或いは、被検領域において発光があったか否かを判定するための情報として光の波長スペクトル自体を判定部９が表示装置７Ａに表示させるようにしてもよい。この場合、ユーザが表示装置７Ａに表示された光の波長スペクトルを参照し、目視で被検領域において発光があったか否かを判定することができる。

更に、被検領域におけるスパーク光が検出対象である場合には、判定部９には、光ファイバ２により伝送されるスパーク光に含まれる特定の波長帯域における光の強度に基づいて、スパーク光の原因となるスパークＳが爆発性のスパークＳであるか否かを判定するための情報を表示装置７Ａに提示する機能を設けることができる。また、被検領域におけるスパーク光が検出対象である場合には、スパーク光が発生したか否かの判定に代えて、爆発性を有するスパークＳによってスパーク光が発生したか否かの判定を判定部９において行うようにしてもよい。つまり、判定部９には、スパーク光が発生したか否かの判定を行うための情報及び爆発性を有するスパークＳによってスパーク光が発生したか否かの判定を行うための情報の少なくとも一方を表示装置７Ａに提示する機能を設けることができる。

図３は、図１に示す検出系４において検出されたスパーク光が爆発性を有するか否かを判定するために参照されるスパーク光の波長スペクトルの一例を示すグラフである。

図３において横軸はスパーク光の波長を示し、縦軸はスパーク光の相対強度を示す。スパーク光の波長スペクトルの波形と、スパーク光の原因となったスパークＳが爆発性を有するか否かとの関係性を実験によって調べた。実線は、スパーク光の原因となったスパークＳが爆発性を有する場合におけるスパーク光の波長スペクトルを示し、一点鎖線はスパーク光の原因となったスパークＳが爆発性を有するスパークＳではない場合におけるスパーク光の波長スペクトルを示す。

実験の結果、検査対象物Ｏから生じたスパークＳが燃料等の引火物に引火することによって爆発性を有する場合には、図３に示されるように特定の波長帯域において、スパーク光の波長スペクトルにピークが出現することが判明した。つまり、特定の波長帯域において、スパーク光の波長スペクトルにピークが出現すれば、検査対象物Ｏから生じたスパークＳが爆発性のスパークＳであるという関係が、経験的に確認された。

より具体的には、５８８ｎｍ以上５９１ｎｍ以下の第１の波長帯域、５５２ｎｍ以上５５５ｎｍ以下の第２の波長帯域及び６１９ｎｍ以上６２３ｎｍ以下の第３の波長帯域の少なくとも１つの波長帯域において波長スペクトルにピークが観測されれば、スパークＳは爆発性を有するという関係が確認された。尚、図３は、５８８ｎｍ以上５９１ｎｍ以下の第１の波長帯域、５５２ｎｍ以上５５５ｎｍ以下の第２の波長帯域及び６１９ｎｍ以上６２３ｎｍ以下の第３の波長帯域の全てにおいてピークが観測された例を示している。特に、スパークＳが爆発性のスパークＳである場合には、５８８ｎｍ以上５９１ｎｍ以下の第１の波長帯域において最もレベルが高いピークが出現することが多いということも確認された。

従って、判定部９において、５８８ｎｍ以上５９１ｎｍ以下の第１の波長帯域、５５２ｎｍ以上５５５ｎｍ以下の第２の波長帯域及び６１９ｎｍ以上６２３ｎｍ以下の第３の波長帯域の少なくとも１つにおいてピークが出現したか否かを判定すれば、スパーク光の原因となったスパークＳが爆発性を有するか否かを自動検出することができる。すなわち、爆発性を有するスパークＳによるスパーク光が発生したか否かの自動判定を判定部９において行うことができる。

爆発性の有無の自動判定処理の具体例として、スパーク光の波長スペクトルからピークを検出し、検出されたピークに対応する波長が、５８８ｎｍ以上５９１ｎｍ以下の第１の波長帯域、５５２ｎｍ以上５５５ｎｍ以下の第２の波長帯域及び６１９ｎｍ以上６２３ｎｍ以下の第３の波長帯域の少なくとも１つにあれば、爆発性を有するスパークＳによるスパーク光が発生したと判定することができる。

別の例として、５８８ｎｍ以上５９１ｎｍ以下の第１の波長帯域、５５２ｎｍ以上５５５ｎｍ以下の第２の波長帯域及び６１９ｎｍ以上６２３ｎｍ以下の第３の波長帯域の少なくとも１つに実験によって定めた閾値を設定し、スパーク光の波長スペクトルの強度が閾値を超えた場合に爆発性を有するスパークＳによるスパーク光が発生したと判定することもできる。

或いは、爆発性を有するスパークＳによってスパーク光が発生したか否かの判定を行うための情報として、スパーク光の波長スペクトル自体を判定部９が表示装置７Ａに表示させるようにしてもよい。この場合、ユーザが表示装置７Ａに表示されたスパーク光の波長スペクトルを参照し、目視で被検領域において爆発性を有するスパークＳが生じたか否かを判定することができる。

爆発性の判定を行わない場合には、波長別の光検出信号の強度は必ずしも必要ではない。従って、分光器５を省略してもよい。その場合、判定部９において、光ファイバ２により伝送された光の強度に対する閾値処理を行い、光の強度が所定の閾値以上となった場合、或いは所定の閾値を超えた場合には、被検領域において光が発生したと自動判定することができる。

もちろん、光ファイバ２により伝送された光の強度の時間変化を表す信号波形を表示装置７Ａに表示させ、ユーザが表示装置７Ａに表示された光の強度信号の時間波形を参照することによって、被検領域において光が発生したか否かを判定するようにしてもよい。その場合には、光電変換装置６と、光の強度に応じた振幅を有する電気信号を表示させるオシロスコープで検出系４を構成してもよい。

逆に、爆発性の判定を行う場合であっても、波長スペクトルからのピーク検出を行わずに、第１の波長帯域、第２の波長帯域及び第３の波長帯域の少なくとも１つを特定の波長帯域としてスパーク光の強度に対する閾値処理によって爆発性の有無の判定を行う場合であれば、分光器５を省略して波長フィルタを設けてもよい。

また、スパークＳの爆発性の有無の判定を行う場合には、スパーク光のセンサとして用いられる光ファイバ２の湾曲部２Ａの曲率を、爆発性の判定に用いられる特定の波長帯域におけるスパーク光を入射させるための適切な曲率とすることが好適である。特定の波長帯域におけるスパーク光を光ファイバ２のコアに入射させるためには、特定の波長帯域におけるスパーク光をコア内で全反射させることが必要である。従って、特定の波長帯域における光ファイバ２の光の屈折率に対応する曲率として、特定の波長帯域におけるスパーク光を光ファイバ２に入射させるための湾曲部２Ａの適切な曲率を決定することができる。湾曲部２Ａの適切な曲率は、コアの屈折率等の物性値に基づいて理論的に求めても良いし、試験によって経験的に求めてもよい。

もちろん、スパークＳの爆発性の判定を行うか否かに関わらず、検出対象となり得る光の波長に合わせて、被検領域において生じた光を光ファイバ２の湾曲部２Ａから入射させるために適切な曲率となるように湾曲部２Ａを光ファイバ２に形成することが適切である。

（動作及び作用）
次に光観測システム１を用いたスパーク光等の光観測方法について説明する。

まず、図１に例示されるように光ファイバ２に湾曲部２Ａを形成した状態で光ファイバ２が配置される。光ファイバ２の湾曲部２Ａは、光ファイバ固定具３の構造を決定することによって所望の形状で光ファイバ２に形成することができる。この時、凸状の湾曲部２Ａが、光の観測対象となる被検領域に向けられる。例えば、図１に例示されるように、検査対象物ＯにおいてスパークＳが生じた場合におけるスパーク光が観測対象であれば、検査対象物Ｏに向かって出っ張るように湾曲部２Ａが設けられる。これにより、光観測システム１を用いた光の観測が可能となる。

被検領域において光が発生すると、発生した光は光ファイバ２の湾曲部２Ａからコア内に入射する。従って、光ファイバ２の端部から光を入射させる場合とは異なり、異なる方向から空間を伝播する光であっても、入射条件を満たせば湾曲部２Ａからクラッドを経由して光ファイバ２のコア内に入射させることができる。

例えば、航空機構造体の雷撃試験であれば、航空機構造体を模擬した供試体に雷撃電流を模擬した電流が流される。供試体の特性及び構造によっては、空間を流れる電流としてスパークＳが生じる。そして、スパークＳに伴って生じるスパーク光が光ファイバ２の湾曲部２Ａからコア内に入射する。このため、検査対象物Ｏの不確かな位置でスパークＳが発生したとしても、不確かな方向から空間を伝播してくるスパーク光を光ファイバ２の湾曲部２Ａからコア内に入射させることができる。

光ファイバ２のコア内に入射したスパーク光等の光はコア内を全反射しながら伝送される。そして、光ファイバ２により伝送された光は検出系４で検出される。具体的には、光ファイバ２により伝送された光は分光器５で波長別の光に分光される。続いて、波長別の光は光電変換装置６において光の強度を振幅とする電気信号に変換される。光電変換装置６において生成された波長別の電気信号は、波長別の光検出信号として信号処理回路７に出力される。信号処理回路７では、Ａ／Ｄ変換処理やノイズ処理等の信号処理が施された後、スペクトル取得部８において光の波長スペクトルが取得される。スペクトル取得部８において取得された光の波長スペクトルは、判定部９に与えられる。

判定部９では、光の波長スペクトルに基づいて、被検領域におけるスパーク光等の発光の有無及びスパーク光が爆発性を有するスパークＳから生じたスパーク光であるのか否かの自動判定を行うことができる。例えば、光の波長スペクトルの最大値、極大値又は波形で囲まれた領域の面積に対する閾値処理によって、被検領域における発光の有無を自動判定することができる。また、爆発性を有するスパークＳから生じたスパーク光の波長スペクトルにのみ生じる特定の波長帯域におけるピークを検出することによって、スパーク光が爆発性を有するスパークＳから生じたスパーク光であるのか否かの自動判定を行うことができる。

判定部９における判定結果は、表示装置７Ａに表示させることができる。また、判定結果と共に、或いは判定結果に代えて、光の波長スペクトル自体を表示装置７Ａに表示させることもできる。このため、ユーザは、表示装置７Ａに表示された情報を参照して、被検領域における発光の有無及びスパーク光が爆発性を有するスパークＳから生じたスパーク光であるのか否かを確認することができる。

つまり以上のような光観測システム１及び光観測方法は、光ファイバ２のクラッドからも光が入射するという光ファイバ２の性質を利用し、光ファイバ２を曲線的に配置して複数の方向から進行してくる光を１本の光ファイバ２で検出できるようにしたものである。尚、光ファイバ２の湾曲部２Ａにおけるクラッドから入射した光の一部は、再び同じ又は別の湾曲部２Ａにおけるクラッドから出射する可能性があるが、湾曲部２Ａの数及び長さを適切な数及び長さに制限することによって、検出に十分な強度を有する光を検出系４まで伝送することができる。

（効果）
このため、光観測システム１及び光観測方法によれば、複数の方向から空間を伝播し得る光を検出する場合において、光ファイバ２の数を低減させることができる。すなわち、１本の光ファイバ２を用いて、異なる位置で生じた光を検出することが可能となる。その結果、多数の光ファイバを用いて多点における光の検出を行う従来のシステムに比べて、光観測システム１の構成を簡易にすることができる。また、多数の光ファイバを配置して行われる従来の観測手法に比べて、観測時間を短縮させることができる。このため、光の観測試験に要する労力及びコストの削減を図ることができる。

例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ： Ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の複合材と金属で構成される物体との間におけるスパークＳの有無を確認する航空機構造体の雷撃試験であれば、引火性を有するガスを使用しないため、安全に試験を行うことができる。また、供試体が複雑な構造を有する場合において、不確かな位置で発生したスパークＳを検出することができる。このため、雷撃試験の精度を向上させることができる。

もちろん、航空機の雷撃試験等に限らず、任意の被検領域における発光の有無を上述した光観測システム１及び光観測方法で検出することができる。例えば、自動車、バイク、船又はロボット等の燃料タンクにおける落雷や事故によって大電流が流れた場合におけるスパークＳの発生の有無やスパークＳの爆発性評価を行うことができる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係る光観測システムの構成図である。

図４に示された第２の実施形態における光観測システム１Ａでは、光ファイバ固定具３Ａの構造が第１の実施形態における光観測システム１と相違する。第２の実施形態における光観測システム１Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における光観測システム１と実質的に異ならないため光ファイバ２及び光ファイバ固定具３Ａのみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

図４に例示されるように、光ファイバ固定具３Ａの構造を横断面において凹凸を有する芯体の周囲に沿って溝を設けた構造とすることができる。そうすると、光ファイバ固定具３Ａへの光ファイバ２の１周以下の巻き付けによって複数の凸んだ湾曲部２Ａを光ファイバ２に形成することができる。すなわち、光ファイバ２を、凹んだ湾曲部２Ｂの両側にセンサとしての凸んだ湾曲部２Ａが生じるように配置することができる。しかも、異なる方向に向かって凸んだ複数の湾曲部２Ａをセンサとして光ファイバ２に形成することができる。

図４に示す例では、四隅に凹んだ湾曲部２Ｂが形成され、４つの湾曲部２Ｂの両側にそれぞれ凸んだ湾曲部２Ａが形成されている。従って、互いに異なる方向に出っ張った８つの湾曲部２Ａがセンサとして形成されている。尚、実際に、幅が３０ｍｍ×３０ｍｍ程度のサイズを有する光ファイバ固定具３Ａを製作し、スパークＳの爆発性判定のために入射させるべき特定の波長帯域におけるスパーク光が入射し易くなるように、曲率半径が１ｍｍ以上３ｍｍ以下となるように複数の湾曲部２Ａを形成した。

光ファイバ固定具３Ａの構造を図４に示すような凹凸を有する構造とすれば、曲率半径が小さな複数の湾曲部２Ａを異なる方向に向けて光ファイバ２に容易に形成することができる。すなわち、図１に例示されるように複数の光ファイバ固定具３を設けて光ファイバ２を蛇行させなくても、複数の湾曲部２Ａを光ファイバ２に形成することができる。

尚、曲率半径を大きくできる場合であれば、図１に例示されるような１つの円柱状の光ファイバ固定具３に光ファイバ２を半周以上１周以下となるように巻き付けることによって互いに逆方向から進行する光を入射させることが可能な湾曲部２Ａを光ファイバ２に形成することができる。また、図１に例示されるような１つの円柱状の光ファイバ固定具３に光ファイバ２を１周以上巻き付ければ、３６０度方向から空間を伝播する光を湾曲部２Ａから光ファイバ２に入射させることができる。

もちろん、横断面の形状が三角形等の多角形にＲ面取りを設けた形状となっている、円柱状でない芯体を光ファイバ固定具３Ａとしてもよい。その場合には、多角形の頂点の数に相当する数の湾曲部２Ａを光ファイバ２に形成することができる。また、立体や球体に溝を設けて３Ｄ的に複数の湾曲部２Ａを光ファイバ２に形成することが可能な光ファイバ固定具３Ａを製作してもよい。

以上のような第２の実施形態における光観測システム１Ａによれば、第１の実施形態における光観測システム１と同様な効果に加え、光ファイバ２の長さを短くし、かつ光ファイバ２を配置するために必要となるスペースを小さくすることができるという効果を得ることができる。加えて、異なる複数の方向に向けて曲率半径が小さい湾曲部２Ａを簡易に形成することができる。このため、不確かな位置において発生し、かつ異なる方向から伝播してくる光を１本の光ファイバ２で漏れなく検出することが可能となる。

（第３の実施形態）
図５は本発明の第３の実施形態に係る光観測システムの構成図である。

図５に示された第３の実施形態における光観測システム１Ｂでは、光ファイバ２の近傍に波長フィルタ１０を設置した点が第１及び第２の実施形態における光観測システム１、１Ａと相違する。第３の実施形態における光観測システム１Ｂの他の構成及び作用については第１及び第２の実施形態における光観測システム１、１Ａと実質的に異ならないため光ファイバ２及び波長フィルタ１０のみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

光観測システム１Ｂは、爆発性を有するスパークＳに伴って生じるスパーク光の波長スペクトルにのみピークが出現する特定の波長帯域における光を選択的に透過させて、センサとしての出っ張った光ファイバ２の湾曲部２Ａに入射させる波長フィルタ１０を有する。図５に示す例では、板状の波長フィルタ１０が湾曲部２Ａの光源側に配置されているが、被検領域において発生した光から特定の波長帯域における光成分のみを選択的に透過させて光ファイバ２の湾曲部２Ａに入射させることが可能であれば、波長フィルタ１０の構造及び位置は任意である。

また、光ファイバ２に湾曲部２Ａが形成されるように光ファイバ２を配置するための図１及び図４に例示されるような構造を有する光ファイバ固定具３、３Ａを、特定の波長帯域における光を透過させる素材で構成するようにしてもよい。すなわち、光ファイバ固定具３、３Ａ自体を、波長フィルタで構成するようにしてもよい。

以上のような第３の実施形態における光観測システム１Ｂによれば、第１及び第２の実施形態における光観測システム１、１Ａと同様な効果に加え、スパークＳの爆発性判定に重要な波長を有する光成分のみを選択的に光ファイバ２で伝送することができるという効果を得ることができる。その結果、分光器５を省略しても、スパークＳの爆発性判定を行うことが可能となる。

また、光ファイバ固定具３、３Ａ自体を波長フィルタで構成すれば、スパークＳの爆発性判定に重要な波長を有する光成分が光ファイバ固定具３、３Ａによって遮られてしまうことを回避することができる。

（第４の実施形態）
図６は本発明の第４の実施形態に係る光観測システムの構成図であり、図７は図６に示す光ファイバ及び波長フィルタの位置Ａ−Ａにおける横断面図である。

図６に示された第４の実施形態における光観測システム１Ｃでは、光ファイバ２のクラッド２０の一部を除去して露出させたコア２１を波長フィルタ１０Ａで覆った点が第３の実施形態における光観測システム１Ｂと相違する。第４の実施形態における光観測システム１Ｃの他の構成及び作用については第３の実施形態における光観測システム１Ｂと実質的に異ならないため光ファイバ２及び波長フィルタ１０Ａのみ図示し、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

光ファイバ２のクラッド２０を除去すれば、コア２１に入射する光の強度を大きくすることができる。このため、光ファイバ２がプラスチックで構成される場合に限らず、石英ガラスで構成される場合であっても、検出可能な強度を有する光をコア２１に入射させることが可能となる。そこで、センサを構成する湾曲部２Ａにおける光ファイバ２のクラッド２０の一部を除去することができる。

更に、センサを構成する湾曲部２Ａにおける光ファイバ２のクラッドの一部を除去することによって露出させた光ファイバ２のコア２１を、特定の波長帯域における光を選択的に透過させる波長フィルタ１０Ａで覆うことができる。これにより、スパークＳの爆発性判定に重要な波長を有する光成分のみを選択的に光ファイバ２のコア２１に入射させることが可能となる。

尚、露出させたコア２１を保護する波長フィルタ１０Ａや湾曲部２Ａの近傍に第３の実施形態において例示されるような波長フィルタ１０を設けるか否かを問わず、コア２１に入射する光の強度を大きくするために湾曲部２Ａにおける光ファイバ２のクラッド２０の一部を除去することができる。すなわち、第１及び第２の実施形態における光観測システム１、１Ａにおいて湾曲部２Ａにおける光ファイバ２のクラッド２０の一部を除去することもできる。

以上のような第４の実施形態における光観測システム１Ｃによれば、第１乃至第３の実施形態における光観測システム１、１Ａ、１Ｂと同様な効果に加え、クラッド２０の除去によってコア２１に入射する光の強度を大きくすることができるという効果を得ることができる。その結果、被検領域において発生した光の検出感度を向上させることができる。

また、露出させたコア２１を波長フィルタ１０Ａで保護することによって、第３の実施形態における光観測システム１Ｂと同様な効果に加え、波長フィルタ１０の設置を省略することができるという効果を得ることができる。その結果、光観測システム１Ｃのサイズをコンパクトにすることができる。

（第５の実施形態）
図８は本発明の第５の実施形態に係る光観測システムの構成図である。

図８に示された第５の実施形態における光観測システム１Ｄでは、光ファイバ２の両側に検出系４Ａ、４Ｂを接続した点が第１の実施形態における光観測システム１と相違する。第５の実施形態における光観測システム１Ｄの他の構成及び作用については第１の実施形態における光観測システム１と実質的に異ならないため、同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。

光観測システム１Ｄでは、光ファイバ２の一端に第１の検出系４Ａが接続され、他端に第２の検出系４Ｂが接続される。このため、光ファイバ２内において双方向に伝送される光を第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂを用いて検出することができる。従って、湾曲部２Ａへの光の入射角が第１の検出系４Ａに向かう方向とは逆方向に光が伝送される方向であったとしても、第２の検出系４Ｂを用いて湾曲部２Ａに入射した光を検出することができる。

つまり、他の実施形態における光観測システム１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃでは、単一の検出系４が接続された方向に向かって光ファイバ２で光が伝送される場合にのみ光を検出することが可能であるが、第５の実施形態における光観測システム１Ｄでは、いずれの方向に向かって光ファイバ２で光が伝送される場合であっても、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂのいずれかで必ず光を検出することができる。従って、他の実施形態における光観測システム１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃでは、検出可能な光の入射方向が湾曲部２Ａにおいて直交する平面に関して面対称とはならないが、第５の実施形態における光観測システム１Ｄでは、面対称となる。

また、被検領域において発生した光に指向性が無ければ、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂの双方で光が検出される場合が多い。このため、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂにおいてそれぞれ光の強度や波長スペクトルを求めることができる。そこで、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂにおいて取得された２つの光検出信号及び波長スペクトルの少なくとも一方を相互に比較することができる。そうすると、２つの光検出信号間における強度差又は強度比並びに２つの波長スペクトルの相違を表す指標値に基づいて、光の発生位置を推定することが可能となる。

そこで、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂにおいて取得された２つの光検出信号に基づいて光の発生位置を推定する機能を、信号処理回路７に設けることができる。例えば、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂにおいて取得された２つの光検出信号間における強度差又は強度比と、光の発生位置との関係を示すテーブル又は関数を試験によって取得すれば、テーブル又は関数を参照することによって２つの光検出信号間における強度差又は強度比に基づいて光の発生位置を推定することができる。この場合には、波長スペクトルの取得が必ずしも必要ではない。

また、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂにおいて取得された２つの波長スペクトル間における面積差、面積比、２乗誤差、相互相関値等の相違を表す指標値と、光の発生位置との関係を示すテーブル又は関数を試験によって取得すれば、テーブル又は関数を参照することによって２つの波長スペクトルに基づいて光の発生位置を推定することができる。

これらの機能は、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂの各判定部９に設けることができる。従って、第１の検出系４Ａ及び第２の検出系４Ｂにおける信号処理回路７の全部又は一部を共通にしてもよい。もちろん、第１の実施形態における光観測システム１に限らず、第２乃至第４の実施形態における光観測システム１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいても、光ファイバ２の両端に検出系４Ａ、４Ｂを接続し、かつ判定部９に光の発生位置を推定する機能を設けることができる。

以上のような第５の実施形態における光観測システム１Ｄによれば、他の実施形態における光観測システム１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃと同様な効果に加え、光の発生を検出することが可能な被検領域を広くすることができるという効果を得ることができる。更に、光の発生位置を推定することが可能となる。

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 光観測システム
２ 光ファイバ
２Ａ、２Ｂ 湾曲部
３、３Ａ 光ファイバ固定具
４、４Ａ、４Ｂ 検出系
５ 分光器
６ 光電変換装置
７ 信号処理回路
７Ａ 表示装置
８ スペクトル取得部
９ 判定部
１０、１０Ａ 波長フィルタ
２０ クラッド
２１ コア
Ｏ 検査対象物
Ｓ スパーク

Claims (11)

1. 被検領域において発生した光を入射させるセンサとしての湾曲部を有し、前記被検領域において発生した前記光を前記湾曲部から入射させて伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバにより伝送される光を検出する検出系と、
   を備える光観測システム。
2. 前記光ファイバは、入射可能な光の発生源に向かって凸んだ複数の湾曲部を前記センサとして有する請求項１記載の光観測システム。
3. 前記光ファイバは、凹んだ湾曲部の両側に前記センサとしての凸んだ湾曲部が生じるように配置され、異なる方向に向かって凸んだ複数の湾曲部を前記センサとして有する請求項１又は２記載の光観測システム。
4. 前記センサを構成する前記湾曲部における前記光ファイバのクラッドの一部を除去した請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光観測システム。
5. 前記光ファイバは、前記被検領域において発生したスパーク光を前記センサとしての前記湾曲部から入射させるように構成され、
   前記検出系は、前記光ファイバにより伝送される前記スパーク光に含まれる特定の波長帯域における光の強度に基づいて前記スパーク光の原因となるスパークが爆発性のスパークであるか否かを判定するための情報を提示するように構成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光観測システム。
6. 前記センサとしての前記湾曲部の曲率を、前記特定の波長帯域における光の屈折率に対応する、前記特定の波長帯域における光を入射させるための適切な曲率とした請求項５記載の光観測システム。
7. 前記特定の波長帯域における光を透過させて前記センサとしての前記湾曲部に入射させる波長フィルタを設けた請求項５又は６記載の光観測システム。
8. 前記光ファイバに前記湾曲部が形成されるように前記光ファイバを配置するための光ファイバ固定具を更に備え、前記光ファイバ固定具を前記特定の波長帯域における光を透過させる素材で構成した請求項５乃至７のいずれか１項に記載の光観測システム。
9. 前記センサを構成する前記湾曲部における前記光ファイバのクラッドの一部を除去することによって露出させた前記光ファイバのコアを前記波長フィルタで覆った請求項７記載の光観測システム。
10. 前記光ファイバの両端に前記検出系を接続し、前記光ファイバ内において双方向に伝送される光を前記検出系で検出できるようにした請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光観測システム。
11. 被検領域において発生した光を光ファイバの湾曲部から入射させて伝送させるステップと、
    前記光ファイバにより伝送される光を検出するステップと、
    を有する光観測方法。

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